Совершенствование рабочих процессов при строительстве газо-нефтепроводов

       М_б – крутящий  момент на барабане в первом слое, М_б= 7011 Нм;

       D_б – диаметр барабана, D_б= 0,4032 м;

       с – номер слоя, №1;

       d_к – диаметр каната, d_к= 0,018 м.

 

Т₁ =

= 33291 Н.

При М_б = const тяговое усилие каната изменяется в зависимости от  слойности намотки и для второго слоя определяется по следующей формуле/3/

Т₂ =

= 30670 Н.

 

 

5. Расчёт мощности потребляемой барабаном грузовой лебёдки

 

Мощность, потребляемая барабаном  грузовой лебёдки, определяется по следующей  формуле /3/

 

Nб = ,

(16)

 

где N_б – мощность, потребляемая барабаном грузовой лебёдки, кВт;

      Т_б – тяговое усилие наматываемой на барабан ветви каната, Т_б= 33290 Н;    

      ν₀ – линейная скорость намотки каната на барабан лебёдки, ν₀= 0,17 м/с /3/;

  – коэффициент полезного действия барабана, = 0,95 /3/.

 

N_б =

= 56,6 кВт.

 

 

6. Расчёт мощности потребляемой грузовой лебёдкой

 

Мощность, потребляемая грузовой лебёдкой, определяется по следующей формуле /3/

 

Nл = ,

(17)

 

где  N_л – мощность, потребляемая грузовой лебёдкой, кВт:

        N_б – мощность, потребляемая барабаном грузовой лебедки, N_б =  56,6 кВт;

         – суммарный коэффициент полезного действия всех механических передач между барабаном и валом отбора мощности базового трактора, = 0,89 /3/.

N_л 

63,6 кВт.

 

 

7. Расчёт крутящего момента на валу отбора мощности

 

Крутящий момент на валу отбора мощности, определяется по следующей формуле /3/

 

Мвом =71620 ,

(18)

 

где М_вом – крутящий момент на валу отбора мощности, Нм;

       N_л – мощность, потребляемая лебёдкой, N_л= 63,6 кВт;

       n_вом – частота вращения вала отбора мощности трактора,               n_вом=1250 об/мин /3/.

 

М_вом =71620

= 3643,4 Нм.

 

 

Вывод: в результате расчёта  были определены тяговое усилие ветви  полиспаста при неподвижном рабочем  органе Т= 31625 Н, тяговое усилие наматываемой на барабан ветви каната Т_б= 33290 Н, крутящий момент на барабане в первом слое М_б= 7011 Нм, тяговое усилие в зависимости от слойности намотки Т₁= 33291 Н и Т₂= 30670 Н, потребляемая барабаном мощность N_б= 56,6 кВт, потребляемая лебёдкой мощность N_л= 63,6 кВт, крутящий момент на валу отбора мощности М_вом= 3643,4 Нм.

 

 

 

4.3 Расчёты  на прочность механизма подъёма груза

 

 

Задачи расчёта: выбор каната по разрывному усилию, выбор крюка, выбор  упорного одностороннего подшипника под  гайку крюка, расчёт основных параметров траверсы, выбор конструкции барабана и его расчёт.

 

Исходные данные: грузоподъёмность трубоукладчика, Q= 125 кН; число ветвей ведущих к источнику усилия a= 1; кратность полиспаста U_п= 4; коэффициент полезного действия полиспаста = 0,95; коэффициент запаса прочности k= 5,6; диаметр хвостовика крюка d_хв= 85мм; допустимое напряжение на изгиб балки = 110 МПа; действующая на барабан сила F_б=125 кН.

 

 

 

 

1. Выбор каната по разрывному усилию

 

Определяем максимальное натяжение  каната наматываемого на барабан  по следующей формуле /5/

 

,

(19)

 

где – максимальное натяжение каната наматываемого на барабан, Н;

       Q – грузоподъёмность трубоукладчика, Q= 125000 Н;

g – ускорение свободного падения, g= 9,8 м/с²;

a – число ветвей ведущих к источнику усилия, а= 1;

U_п – кратность полиспаста, U= 4;

   – коэффициент полезного действия полиспаста, = 0,95 /5/.

 

 Н.

 

Определяем разрывное  усилие каната по следующей формуле /5/

 

Sраз=Smaxk ,

(20)

 

где S_раз –  разрывное усилие каната, Н;

 – максимальное натяжение  каната наматываемого на барабан,        = 32236,8 Н;          

      k – коэффициент  запаса прочности, k= 5,6 /5/.

 

S_раз=32236,8

5,6= 180526,08 Н.

 

Выбираем канат двойной  свивки типа ЛК – Р, 6 19 проволок с одним органическим сердечником ГОСТ 2688 – 80. На рисунке 12 эскиз каната. Основные параметры для данного типа каната приведены в таблице 2.

 

1 – поволока; 2 – прядь; 3 – сердечник.

Рисунок 10 – Эскиз каната двойной свивки типа ЛК – Р, 6 19 проволок с одним органическим сердечником ГОСТ 2688 – 80.

Таблица 2

Диаметр каната, мм	Расчётная площадь сечения всех проволок, мм2	Ориентировочная масса 1000 м смазанного каната, кг	Маркировочная группа, МПа	Разрывное усилие каната в целом, кН
18	124,73	1220	1764	181,5

 

 

4.3.2 Выбор крюка

По    грузоподъёмности    Q=125 кН    выбираем согласно /5/  заготовку   №18   тип А ГОСТ 6627 – 66 резьба Тр 70 – 10, d = 85 мм. На рисунке 13 указаны основные размеры выбранного крюка.

 

Рисунок 11 – Эскиз крюка для подъёма груза

 

 

3. Выбор упорного одностороннего подшипника под гайку крюка 

 

Упорного односторонний подшипник под гайку крюка выбираем  исходя из диаметра хвостовика крюка (см. рисунок 9) и статической грузоподъемности /5/

 

С0 = 1,25Qq ,

(21)

 

где Q – грузоподъёмность трубоукладчика, Q= 125000 Н;

  q – ускорение свободного  падения, q= 9.8 м/с².

 

С₀ = 1,25

125000 9,8 = 1531250 Нм/с².

По статической грузоподъемности выбираем упорный односторонний  подшипник под гайку крюка, основные размеры которого указаны на рисунке 12.

 

Рисунок 12 – Эскиз упорного одностороннего подшипника под гайку крюка

 

 

4. Расчёт основных параметров траверсы

 

На рисунке 13 приведён эскиз траверсы.

 

Рисунок 13 – Эскиз траверсы

 

Рассчитываем основные параметры траверсы (см. рисунок 15)

 

Определяем диаметр траверсы по следующей формуле /5/

 

Dтр= Dуп подш ,

(22)

 

где D_тр – диаметр траверсы, мм;

      D_{уп подш} – наружный диаметр упорного подшипника, D_{уп подш}= 180мм.

 

D_тр= 180 мм.

Определяем диаметр отверстия  в траверсе под хвостовик крюка по следующей формуле /5/

 

dтр = dхв + 2мм ,

(23)

 

где  d_тр– диаметр отверстия в траверсе под хвостовик крюка, мм;

       d_хв – диаметр хвостовика крюка, d_хв= 85мм.

 

d_тр = 85 + 2 = 87 мм.

Определяем ширину траверсы по следующей  формуле /5/

 

Втр = Dтр + (10 15) мм ,

(24)

 

где В_тр– ширина траверсы, мм;

       D_тр – наружный диаметр упорного подшипника, D_тр= 180 мм.

 

В_тр = 180 + 15 = 195 мм.

Определяем длину траверсы по следующей  формуле /5/

 

Lтр = Dтр + (10 15) мм ,

(25)

 

где L_тр – длина траверсы, мм;

      D_тр – наружный диаметр упорного подшипника, мм.

L_тр = 180 + 15 = 195 мм.

Выбираем толщину кожуха из конструктивных соображений б_к = 3 мм /5/.

Выбираем толщину щеки из конструктивных соображений б_щ = 15 мм /5/.

Определяем усреднённое значение длины траверсы по следующей формуле /5/

 

l = Lтр + 1,1бщ ,

(26)

 

где L_тр – усреднённое значение длины траверсы, мм;

      б_щ – толщина щеки, б_щ = 15 мм.

 

l = 195 + 1,1

15 = 211,5 мм.

Определяем изгибающий момент, действующий  на траверсу в месте сочленения её с крюком  по следующей формуле /5/

 

,

(27)

где  Т₁ – изгибающий момент, действующий на траверсу в месте сочленения её с крюком, Нм;

       Q – грузоподъёмность трубоукладчика, Q= 125000 Н;

        l – усреднённое значение длины траверсы, l= 0,02115 м.

 

= 661 Нм.

Определяем высоту траверсы по следующей  формуле /5/

,

(28)

где  h_тр – высота траверсы, см

        Q– грузоподъемность трубоукладчика, Q= 125000 Н;

– допустимое напряжение на изгиб, = 110 МПа;

В_тр – ширина траверсы, В_тр= 19,5 см;

d_тр – диаметр отверстия в траверсе под хвостовик крюка, d_тр= 8,7 см.

18,5 см.

Определяем момент сопротивления  по следующей формуле /5/

 

W = ,

(29)

 

где W – момент сопротивления, см³;

       L_тр – длина траверсы, L_тр= 19,5 см;

       d_тр – диаметр отверстия в траверсе под хвостовик крюка, d_тр= 8,7 см;

       – высота траверсы, = 18,5 см.

 

W =

616,05 см³.

Определяем напряжение изгиба по следующей  формуле /5/

 

σи= [σи] ,

(30)

 

где  σ_и – напряжение изгиба, МПа;

       – изгибающий момент, действующий на траверсу в месте сочленения        

               её с крюком, = 661 Нм;

       W – момент сопротивления,W= 6,1605 м³;

       [σ_и] – допустимое напряжение на изгиб, [σ_и]= 110 МПа (сталь 20) /5/.

 

σ_и=

=107,3 < 110 МПа.

 

Так как неравенство выполняется, следовательно, расчёт произведен, верно.

Определяем изгибающий момент, действующий  на траверсу в месте сочленения её с щекой по следующей формуле /5/

 

,

(31)

 

где Т₂ – изгибающий момент, действующий на траверсу в месте сочленения её с щекой, Нм;

       Q – грузоподъёмность трубоукладчика, Q= 125000 Н;

l – усреднённое значение длины траверсы, l= 0,02115 м;

        L_тр – длина траверсы, L_тр= 0,0195 м.

 

103,2 Нм.

 

Определяем диаметр  цапфы траверсы по следующей формуле /5/

 

,

(32)

 

где d_ц –диаметр цапфы траверсы, см;

      – изгибающий момент, действующий на траверсу в месте сочленения        

               её с щекой,  = 103,2 Нм;

      [σ_и] – допустимое напряжение на изгиб, [σ_и]= 110 МПа (сталь 20) /5/.

 

2,1 см

 

 

5. Выбор конструкции барабана и расчёт его основных параметров

 

Определяем диаметр барабана по следующей формуле /5/